[发明专利]一种纳米复合陶瓷涂层、压铸模具及其制备方法

说明书

本发明提供一种纳米复合陶瓷涂层、压铸模具及其制备方法，属于涂层及压铸模具制备技术领域。解决现有的压铸模具性能差且寿命低的问题。该纳米复合陶瓷涂层包括Cr金属结合层、在Cr结合层上设置的CrN过渡层、在CrN过渡层上设置的支撑层、在支撑层上设置的功能层；所述的支撑层为梯度结构的纳米周期性TiSiN‑CrAlN结构涂层；功能层为纳米复合的TiCrAlSiN结构涂层。本发明还提供包括上述复合陶瓷涂层制备得到的压铸模具。本发明还提供一种压铸模具的制备方法。本发明的陶瓷涂层具有超过70N的结合力，小于0.15Gpa的内应力，高于35GPa的硬度，使用寿命是普通压铸模具使用寿命的3倍以上。

技术领域

本发明属于涂层及压铸模具制备技术领域，具体涉及一种纳米复合陶瓷涂层、压铸模具及其制备方法。

背景技术

随着中国汽车产业的快速发展，铸造业迎来了一个新的发展时期，同时也对压铸模具的机械性能提出了更高的要求。在各种模具中，压铸模具是要求最高，工作环境最恶劣的。由于长时间与高温熔融金属液接触，因此压铸模具在实际生产中，经常在模具寿命终结前就造成早期失效。

为避免压铸模具失效，要求模具表面具有高硬度、耐热蚀、抗粘结、抗冲击等性能。由于模具制造加工周期很长、加工费用高，模具质量和寿命直接影响生产产品的质量、精密程度、生产效率和生产成本，因此如何进一步提高和改善压铸模具的表面性能就成为一个迫切需要解决的问题。

因此近年来，各种压铸模具的表面处理新技术不断涌现，物理气相沉积技术在金属材料表面制造硬质陶瓷涂层是近年来研究的热点。主要有电弧离子镀和磁控溅射这两种方法，常用的涂层材料有TiN、CrN、TiAlN等，但是这类涂层在硬度、耐磨性及韧性方面与高性能还有较大差距，在大规模生产中对提升压铸模具的使用寿命方面，还存在许多技术难题有待解决，主要包括涂层的本体强度，以及膜基结合力等。

发明内容

为了解决现有的压铸模具易产生热疲劳失效、碎裂失效、溶蚀失效且寿命低的问题，而提供一种纳米复合陶瓷涂层、压铸模具及其制备方法。

本发明首先提供一种纳米复合陶瓷涂层，包括Cr金属结合层、在Cr结合层上设置的CrN过渡层、在CrN过渡层上设置的支撑层、在支撑层上设置的功能层；

所述的支撑层为梯度结构的纳米周期性TiSiN-CrAlN结构涂层；

所述的功能层为纳米复合的TiCrAlSiN结构涂层。

优选的是，所述的Cr金属结合层的厚度为100-200nm；CrN过渡层的厚度为200-600nm；功能层的厚度为2-4μm。

优选的是，所述的支撑层的厚度为400-800nm。

优选的是，所述的梯度结构的纳米周期性TiSiN-CrAlN结构涂层是由TiSiN层到CrAlN层为一个循环周期的多周期涂层，一个循环周期的涂层厚度为30-60nm。

优选的是，所述的梯度结构的纳米周期性TiSiN-CrAlN结构涂层中，Si元素的含量逐渐增加，Al元素含量逐渐减小，其中，Si原子百分比为6-12at.％，Al原子百分比为40-20at.％。

优选的是，所述的纳米复合TiCrAlSiN功能层中，各原子百分比为：18-25at.％Ti，10-20at.％Cr、15-20at.％Al、6-12at.％Si、40-49at.％N。

本发明还提供一种压铸模具，所述的压铸模具基体的工作表面沉积有上述纳米复合陶瓷涂层。

本发明还提供一种压铸模具的制备方法，包括：

步骤一：将压铸模具基体进行预处理；

步骤二：在步骤一得到的预处理后的压铸模具基体表面沉积Cr金属结合层；